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    发表时间/2022-11-22
  • 大单体磷酸铁锂电池内部结构

    磷酸铁锂电池的能量密度在50-100 Wh/kg左右,其单体能量密度的指标与之相当。由于其低的温度系数,较高的比能量,在低温和高温环境下仍然具有很高的安全性能,是目前理想的储能系统电池。磷酸铁锂电池中的磷酸铁是通过将锂和三元正极材料共混制备得磷酸铁锂电池,在放电过程中它在锂和正极材料之间发生正极材料和负极材料之间的界面反应,形成电化学储能。电池的正极材料由三元正极、石墨、LiNiO2组成,其中LiNiO2起到了电极和电解质之间发生电化学反应的作用;石墨、LiFe2O3起到了填充隔膜、电极间化学键作用以及隔膜中气体迁移、气体扩散和离子迁移反应作用等。磷酸铁锂电池正极材料由三元材料、磷酸铁锂正极材料、电解质、隔膜组成,其中负极材料、隔膜电极组成。

    电池寿命.jpg

    一、磷酸铁锂电池正极材料

    目前磷酸铁锂电池的正极材料主要有三元材料(LiNiO2、LiCoO3、LiCoMnO2)、石墨、LiNiO24 Al (Mn)4GwO3。在正极材料中主要由石墨构成。因石墨在充放电过程中将与锂发生反应形成新的活性物质,因此石墨可视为电池正极材料。另外由于与锂反应形成 LiN键连接形成导电网络并形成活性物质,所以LiNiO2又称为电解质材料。LiNiO2与锂发生离子迁移后形成锂化合物和石墨;LiNiO2起到了填充隔膜、电极间化学键作用和阳极化键作用。石墨具有较高的比能量和比容量。但是随着石墨颗粒长大所造成磷酸铁锂电池能量密度降低以及比容量的下降;因此近年来受到了越来越多的关注。


    二、电池包的制造

    磷酸铁锂电池组的制造主要是将正极材料和电解质进行混合搅拌均匀,并加入适量的金属钠,在此基础上将三元材料均匀地涂覆于上面,再经过高温烘烤,使得电极材料溶解在液体中。根据不同的配方制造电池包会产生不同形状、不同性能的电芯。如日本日立公司推出的 MP电池包能做到单节动力电池长度达到30 m,采用不同形状正极材料(金属钠、碳酸钠)+不同形貌锂离子混合而成。这种电池包不仅可以大幅提高电池容量利用率及安全性、可靠性更高,而且能减少碳排放及环境污染等因素。电池包的尺寸和形状对电池性能影响较大。电池包重量越小对其加工成本就越高。大单体磷酸铁锂电池包中锂离子电池正极材料需要根据电池不同性能对电池包进行设计。


    三、电池系统的安全性

    在电动汽车和储能领域,目前锂电池已经成为最为主流的电动汽车电池系统之一。因为其能量密度高、使用寿命长,所以人们对锂电池及其相关技术应用的安全性问题也非常关注。磷酸铁锂电池作为一种安全性能良好但高温性能相对较差的储能电池材料一直是其研究重点。随着汽车电池的发展,安全问题也越来越受到重视。磷酸铁锂电池在各种使用环境中也表现出了很高的安全性。1、磷酸铁锂在常温下就能保持稳定而持久的放电,没有起火的危险;2、在充放电过程中不发生爆炸和燃烧;3、安全使用温度范围宽;4、充电时温度低;电池安全性是目前最重要的储能方法之一。从锂离子电池的安全性来看,磷酸铁锂电池具有更高的安全性也是人们对其进一步研究的方向之一。电池系统安全的检测主要包括充电、短路、过充、短路以及高温这几个方面。


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